Nghiên cứu quá trình lão hóa nhiệt - nước của vật liệu composite bằng phương pháp phổ điện môi

Đề tài do TS. Trần Văn Tớp, TS. Phạm Hồng Thịnh (Bộ môn Hệ thống Điện – Khoa Điện, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội) thực hiện, trình bày kết quả nghiên cứu quá trình lão hóa bởi tác nhân nhiệt - nước của vật liệu composite dùng trong cách điện cuộn dây của máy phát điện công suất lớn bằng phương pháp phổ điện môi.

Vật liệu composite với thành phần là nhựa epoxy là loại vật liệu rất phổ biến trong ngành kỹ thuật điện áp cao, được sử dụng để cách điện cho máy biến áp, máy điện… Tuy nhiên, khi chịu các tác nhân môi trường như nhiệt và nước, các đặc tính điện môi của composite suy giảm mạnh: điện trở suất giảm, hằng số điện môi và tổn hao tăng có thể dẫn tới hiện tượng phóng điện chọc thủng. Ảnh hưởng nước và nhiệt độ tới đặc tính điện môi của vật liệu coposite đã được nghiên cứu nhiều năm qua xong vẫn chưa tìm được giải pháp nào khả thi để chống lại quá trình già hoá của composite epoxy do tác động của nước.
Đề tài tiến hành nghiên cứu quá trình lão hoá của vật liệu composite epoxy (được cấu tạo từ nhựa epoxy gia cố bằng sợi thuỷ tinh và các tấm mica) dùng làm cách điện trong các thanh dẫn stator của máy phát điện dưới các tác nhân nhiệt và nước.
Kết quả cho thấy, đặc tính cách điện của vật liệu composite epoxy bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự xâm nhập của nước, điện trở suất giảm tới 6 đơn vị trong hệ tọa độ 10 khi hàm lượng nước tăng từ 0 – 0,3%. Đặc tính này được miêu tả rất tốt bởi lý thuyết thẩm thấu trong đó kênh dẫn dòng điện được hình thành từ các nhóm phân tử nước nằm trong vật liệu. Hằng số điện môi tương đối cũng bị ảnh hưởng rất mạnh bởi sự xâm nhập của nước, đặc biệt là ở tần số thấp. Cơ chế phân cực ở lớp tiếp giáp không thể giải thích toàn vẹn được vấn đề, dường như cơ chế phân cực điện cực mới là nguyên nhân chính gây nên sự tăng cao của hằng số điện môi ở tần số thấp. Có thể phân biệt được ít nhất 3 cơ chế gây nên tổn hao trong bản thân vật liệu. Trong khi ở tần số rất thấp, tổn hao do điện dẫn là chủ yếu thì ở tần số cao hơn, cơ chế tổn hao do phân cực điện cực và một cơ chế do phân cực lưỡng cực gân nên đóng vai trò quan trọng hơn. Trên quan điểm kỹ thuật, sự nhạy cảm của hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi với hàm lượng nước (đặc biệt ở tần số thấp) gợi ý một công cụ chẩn đoán sớm sự xâm nhập của nước vào vật liệu; công suất tiêu thụ rất bé (do làm việc ở tần số thấp) và thời gian khá nhanh (dưới 0,1Hz).